| 研究課題/領域番号 |
20H02794
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分35020:高分子材料関連
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
加藤 和明 東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 准教授 (80570069)
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| 研究分担者 |
小椎尾 謙 九州大学, 先導物質化学研究所, 准教授 (20346935)
星野 大樹 東北大学, 国際放射光イノベーション・スマート研究センター, 准教授 (20569173)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
17,550千円 (直接経費: 13,500千円、間接経費: 4,050千円)
2023年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
2022年度: 5,460千円 (直接経費: 4,200千円、間接経費: 1,260千円)
2021年度: 5,590千円 (直接経費: 4,300千円、間接経費: 1,290千円)
2020年度: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)
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| キーワード | ポリロタキサンガラス / 接着 / 界面 / ひずみの集中 / X線ナノビーム / マルチスケール構造解析 / 相分離 / 超分子 / その場観察 / 力学物性 / ダイナミクス / 破壊プロセス / シクロデキストリン / 機械的結合 / 気体分離膜 / 分子運動性 / バルジ試験 / エックス線散乱 / 接着界面 / 放射光X線ナノビーム / 構造物性相関 / ホスト－ゲスト相互作用 / 副分散 / 薄膜化 / 包接率 / X線回折 / 分子配向 / 分子設計 / 環状分子プローブ / 粘弾性緩和 / ポリロタキサン / 放射光X線 / 分離膜 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
ポリロタキサンを用いた硬質材料について、その薄膜の気体透過時や異種材料界面における、局所構造とダイナミクスの詳細を、薄膜の加圧下での構造観察やX線ナノビームを用いた接着界面の局所構造解析、基板との相互作用を分子設計により制御した超薄膜の系統的なダイナミクス解析を行うことで、気体透過や異種材料接着のメカニズムを分子レベルで解明し、既存の高分子材料とは全く異なる分子設計を基盤とする新機能性材料の創製を目的とする。
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| 研究実績の概要 |
金属との接着界面近傍のポリロタキサンガラスの構造解析では、接着力の異なる種々の材料間の破断に至るまでの変形プロセスの解析を行った。ヤング率が同等であるが延性破壊と脆性破壊を示す二つのポリロタキサン誘導体を研磨したステンレス基板に接着させた後、接着界面に垂直方向にひずみを加える試験を行った。その結果、平滑材の一軸引張試験では脆性破壊を示す材料の方が高い接着力を示すことが明らかになった。そして構造解析の結果からは界面近傍数マイクロメートルの領域で特異な構造が両者とも見られたが、負荷を加えると全く異なるひずみ分布になることが明らかとなった。接着力の高い材料は顕著なひずみの集中を示したが、負荷が高くなると局所ひずみは飽和し隣接する部分にひずみが伝搬していくという、平滑材のネッキングに似た現象を示した。そこで、ポリロタキサンガラスのネック周辺のマルチスケールその場構造解析を行った。走査型電子顕微鏡内での延伸下での構造観察では、ネッキング直前にはナノボイドの集合体が形成されていたが、ネッキングとともにその構造が引き延ばされ、直径10 nm程度の繊維状構造を有するクレイズに成長していた。このクレイズは小角X線散乱によるその場解析によりネック到達と同時に一気に形成され、同時測定した広角散乱からは、クレイズ内でポリロタキサンの環状分子と軸高分子が相分離を起こしていることが示された。これにより環状分子間の相互作用が強まると同時に軸高分子の配向により硬化することで、本来破壊の起点となるクレイズが安定化して延性を示すことが示唆された。上記の接着界面におけるひずみの伝搬は、このポリロタキサンガラス特有のひずみ硬化によるものと考えられ、均質材よりもむしろひずみが集中しやすい異材界面で大きな効果を発揮するものと期待される。これらの研究成果の一部は学術論文として公開され、残る部分の成果は現在審査中である。
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| 現在までの達成度 (段落) |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| 今後の研究の推進方策 |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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